【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.03.03】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24OS1030

利用課題名 / Title

溶液プロセスによる二次元半導体エレクトロニクスの構築

利用した実施機関 / Support Institute

大阪大学 / Osaka Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions

キーワード / Keywords

ラマン分光, 発光分光, 二次元半導体,原子薄膜/ Atomic thin film

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

山本 真人

所属名 / Affiliation

関西大学システム理工学部物理・応用物理学科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

OS-127：レーザーラマン顕微鏡

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

本研究では、分子をインターカレーションした層状半導体二硫化モリブデン(MoS₂)を液中で剥離することで得られたMoS₂インクを用いることで、大規模二次元MoS₂薄膜の形成とその集積デバイスへの応用を試みた。MoS₂インクをSi/SiO₂基板上にスピンコートし形成したMoS₂薄膜に対してラマン分光測定を行ったところ、2H構造に由来するピークが観測されたことから分子インターカレーションによるMoS₂の1T構造への相転移は起きていないことが分かった。また、発光分光測定では単層MoS₂に由来する強い発光は観られず、液相剝離したMoS₂が少なくとも２層以上であることも分かった。その後、MoS₂薄膜の膜厚を原子間力顕微鏡を用いて計測したところ、およそ3 nmであり層数は4から5層程度であることが分かった。以上の結果は、MoS₂原子薄膜を用いた大規模エレクトロニクス実現に向けた重要な知見となるものである。

実験 / Experimental

MoS₂にテトラヘプチルアンモニウムブロミド分子をインターカレーションし、溶媒中で超音波処理することで剥離した。その後、遠心分離によって十分に剥離されなかったバルクMoS₂を取り除きMoS₂インクを作製した。MoS₂インクをSi/SiO₂基板上に複数回スピンコートすることで、大規模MoS₂薄膜を形成した。形成したMoS₂薄膜に対して波長532 nmのレーザーを用いて、大気中でラマン分光測定と発光分光測定を行った。また、原子間力顕微鏡(AFM)による膜厚の評価も行った。

結果と考察 / Results and Discussion

ラマン分光測定により、2H構造に由来するE¹_2gピークとA_1gピークを観測した。過去のLiを用いたMoS₂のインターカレーションと液相剥離のプロセスでは、MoS₂が金属相である1T構造に相転移してしまうことが報告されていたが、本研究のTHAB分子を用いた液相剥離では2H構造が保たれトランジスタへの応用が可能であることが分かった。また、発光分光測定では単層MoS₂に由来する1.9 eV近傍での強い発光は観られず、1.8 eVでの弱い発光のみが観測された。これはMoS₂の層数が少なくとも2層以上であることを意味している。その後のAFMの測定で、液相剥離したMoS₂の膜厚がおよそ3 nmであることが分かった。この膜厚は超短チャネルFETの作製においては十分に小さいものであり、今後の集積エレクトロニクスへの応用を期待させるものである。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig. 1 (a)液相剝離によって得られたMoS₂薄膜の光学顕微鏡像. 液相剝離MoS₂の(b)ラマンスペクトルと(c)発光スペクトル.

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. Ayane Noumi, Mitsuru Inada, Keiji Ueno, Mahito Yamamoto, ”Patterning of solution-processed MoS2 films by the metal-assisted peeling method", 第68回 フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム (名古屋)、令和7年3月4日

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件